Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca: Soluções para redução de complexidade da transcodificação de vídeos HEVC para AV1
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Title: Soluções para redução de complexidade da transcodificação de vídeos HEVC para AV1
Other Titles: Solutions for Reducing the Complexity of Video Transcoding HEVC for AV1
metadata.dc.creator: Borges, Alex Machado
metadata.dc.description.resumo: O atual estado da arte em codificação de vídeos, o HEVC, foi desenvolvido para abarcar vídeos em alta definição (HD). No entanto, apesar de oferecer suporte para vídeos em ultra alta resolução (UHD), suas ferramentas não são eficientes para tratar esse tipo de mídia. Mesmo assim, é o HEVC que melhor oferece resultados de compressão de vídeos atualmente. Entretanto, o HEVC possui elevados custos de utilização (royalties), principalmente para empresas de streaming de vídeos. A fim de oferecer um padrão de codificação de vídeo a um preço acessível para as empresas de streaming, a Alliance for Open Media (AOMedia) foi fundada. A AOMedia desenvolveu o AOMedia Video 1 (AV1), que é focado em vídeos UHD para streaming, e lançou no início de 2018 a sua primeira especificação de bitstream. O AV1 é computacionalmente intensivo para uso comercial, pois trabalhos apontam um tempo de codificação que supera em 50 vezes o tempo de codificação do HEVC. Mesmo o AV1 necessitando de otimizações para permitir processamento de vídeo em tempo aceitável, é do interesse da indústria de streaming de vídeos que seus produtos sejam oferecidos com menor custo aos seus clientes. Para tanto, modificar o formato dos vídeos se torna crucial numa estratégia empresarial por diversas razões, como tornar o custo do serviço mais acessível ou permitir uma compatibilidade maior entre cliente e servidor. Para tanto, utilizam-se técnicas de transcodificação de vídeos, no qual o arquivo codificado é transformado em outro formato. Este trabalho apresenta um conjunto de soluções para permitir uma aceleração do tempo de transcodificação dos vídeos codificados em HEVC para o AV1. Essas transcodificações fazem uso do reaproveitamento de informações de particionamentos do bitstream do HEVC para simplificar decisões durante o processo de recodificação do AV1. Foram desenvolvidas quatro propostas que atingem diferentes níveis de redução de complexidade através do uso de diferentes níveis de agressividade. Utiliza-se de um conceito denominado nível de profundidade para limitar o processamento em cada uma das propostas. Dentre as propostas apresentadas, destaca-se a solução que apresentou menor aumento de BD-Rate por porcentagem de tempo reduzida na transcodificação, que apresentou uma redução de 35% do tempo de codificação do AV1 a um custo de aumento médio de 5,7% do BD-rate do vídeo. Os testes foram realizados com vídeos em três resoluções diferentes (HD720, HD1080 e UHD4K).
Abstract: As computer systems and network infrastructures evolve, video technologies evolve together. The current state-of-the-art video coding standard, the High Efficiency Video Coding (HEVC), is focused on the encoding of high-definition (HD) videos. Although it supports ultra-high definition (UHD) videos as well, HEVC tools are not efficient at handling such media. Even so, HEVC is still the standard that achieves the best compression results currently. However, the use of HEVC incurs in non-negligible costs due to royalty policies, especially for video streaming companies. This way, in order to provide an affordable video format for streaming companies, the Alliance for Open Media (AOMedia) was founded. AOMedia developed the AOMedia Video 1 (AV1) format, which is focused on UHD videos for streaming, and launched in early 2018 its first bitstream specification. AV1 is computationally intensive for commercial use, because its encoding time exceeds in 50 times the encoding time of HEVC. Despite of that, it is in the interest of the video streaming industry that the content is offered with no royalty costs to customers. To do so, modifying the format of current content becomes crucial in a business strategy, such as making the cost of the service more accessible or allowing greater compatibility between client and server. To do so, video transcoding techniques are used, in which the encoded file is transformed into another format. This work presents a set of solutions to allow the acceleration of the transcoding process between HEVC and AV1. These solutions are based on the reuse of HEVC bitstream partitioning information to simplify decisions during the AV1 reencoding process. Four proposals have been developed that reach different levels of transcoding time reduction through the use of different aggressiveness levels. A concept called depth level is used to limit the encoder operation in each solution. The most prominent of these four proposals is able to achieve an transcoding time reduction of 35% at an average BD-rate increase of 5.7%. The tests were performed with videos in three different resolutions (HD720, HD1080 and UHD4K) and the best results were achieved precisely in ultra-high resolution videos, the main focus of AV1.
Keywords: Transcodificação de vídeo
Citation: BORGES, Alex Machado. Soluções para Redução de Complexidade da Transcodificação de Vídeos HEVC para AV1. 2019. 112 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2019.